JPH09199778A

JPH09199778A - 半導体電界吸収型光変調装置

Info

Publication number: JPH09199778A
Application number: JP8005634A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawamura; 博史川村; Nobuaki Imai; 伸明今井; Hidekazu Ogawa; 英一小川
Original assignee: ATR HIKARI DENPA TSUSHIN KENKI; ATR HIKARI DENPA TSUSHIN KENKIYUSHIYO KK
Current assignee: ATR HIKARI DENPA TSUSHIN KENKI; ATR HIKARI DENPA TSUSHIN KENKIYUSHIYO KK
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: JP2807651B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来例に比較して改善された変調効率を有
し、より小さい消費電力で光変調することができる半導
体電界吸収型光変調装置を提供する。【解決手段】光源からの光信号を入力される高周波信
号に従って変調する半導体電界吸収型光変調器２０を備
えた半導体電界吸収型光変調装置において、上記入力さ
れる高周波信号を、上記高周波信号を伝送する伝送線路
の特性インピーダンスから特性インピーダンスよりも高
い所定の終端インピーダンスにインピーダンス変換して
上記半導体電界吸収型光変調器の入力端に出力するイン
ピーダンス変換回路１０と、上記半導体電界吸収型光変
調器２０の入力端に接続され、上記終端インピーダンス
を有する終端抵抗Ｒ_Lとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーダイオー
ドなどの光源からの光信号を入力される信号に従って変
調する半導体電界吸収型光変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信システムでは、ディジタル
信号のベースバンド伝送が一般的であり、光変調器もベ
ースバンド信号伝送用に開発されてきた。特に、高い搬
送波周波数における光信号の変調のために外部光変調器
が用いられている。外部光変調器には、大きく２つの種
類が存在し、１つがマッハ・ツェンダー型光変調器と他
方が半導体電界吸収型光変調器である。

【０００３】マッハ・ツェンダー型光変調器は、電界強
度により光に対する屈折率が変化する物質、つまり電気
光学効果のある物質に導波路を形成して作成される。電
気光学効果を有する材料として、一般的にＬｉＮｂＯ₃
が用いられる。動作原理は入力された光信号が２分配さ
れて第１と第２の光導波路に入射されて伝送される。一
方の光路である第１の光導波路には電界が印加されて屈
折率変化が生じる。屈折率が変化することにより、光の
伝送速度が変化されることになる。当該変調器の出力部
で再び上記分配された２つの光信号が合成される。この
ときに２つの光信号に見掛け上の光路差が生じない場合
には、入力された光信号がそのまま放出されるが、光路
差が波長の１／２の場合には互いに光信号が打ち消しあ
うため光信号は出力されない。この作用により強度変調
をかけるものである。このマッハ・ツェンダー型光変調
器は、例えば、従来技術文献１「Ｇ．Ｅ．Ｂｅｔｔｓ
ｅｔａｌ．，“Ｈｉｇｈ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
Ｌｕｍｐｅｄ−ＥｌｅｍｅｎｔＢａｎｄｐａｓｓＭ
ｏｄｕｌａｔｏｒｓｉｎＬｉＮｂＯ₃”，Ｊｏｕｒ
ｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２０７８−２０
８２，１９８９年１２月」において開示されている。

【０００４】当該マッハ・ツェンダー型光変調器におい
て、電界は、第１の光導波路上の形成された第１の電極
と、それに対向するように当該第１の光導波路の外側に
設けられた第２の電極との間に印加されることになる
が、各電極の長さが比較的長いため、高い周波数では、
電極を伝送線路として第１の電極の一端から高周波信号
を入力し、第１の電極の他端に５０Ωの終端抵抗を接続
することにより終端している。この方法により光の進行
方向と電気信号の進行方向が一致し、より高い周波数ま
で強度変調をかけることができる。これは、進行波型マ
ッハ・ツェンダー型光変調器と呼ばれる。

【０００５】一方、半導体電界吸収型の光変調器は、半
導体の光の吸収率が半導体にかける電界により変化する
ことを利用したものである。半導体電界吸収型光変調器
は大きさが２００μｍ程度と小さいため、マッハ・ツェ
ンダー型光変調器に見られたような進行波型にする必要
性がないという特徴を有する。また、高周波的には単体
の容量に見えるため、一般的には、半導体を挟設する２
つの電極間に５０Ωの抵抗を付加して反射係数を小さく
保持している。当該半導体電界吸収型の光変調器は、例
えば、従来技術文献２「Ｋ．Ｗａｋｉｔａｅｔａ
ｌ．，“Ｈｉｇｈ−ＳｐｅｅｄＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅ
ｌｌＯｐｔｉｃａｌＭｏｄｕｌａｔｏｒ”，Ｊｏｕ
ｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．７，ｐｐ．１０２７−１０３
１，１９９０年７月」において開示されている。

【０００６】いずれの光変調器もこのような構成をとる
ことにより直流から数１０ＧＨｚ程度の伝送帯域を有し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、３０ＧＨｚ以上
の周波数であるミリ波以上の周波数を用いた通信が盛ん
に研究されるようになってきた、この中で、ミリ波信号
を光ファイバケーブルを通して伝送するシステムが提案
されている。しかしながら、現状の光変調器では高周波
の信号によりどれくらい光信号が変調されるかを示す変
調効率が不十分であるため、システム全体の特性が良く
ならない。また、低い変調効率を補うために導入されて
いる増幅器などにより全体の小型化を行うことが困難で
ある。さらに、多数の増幅器が必要になることにより消
費電力も小さくすることが困難であるという問題点があ
った。

【０００８】本発明の目的は以上の問題点を解決し、従
来例に比較して改善された変調効率を有し、より小さい
消費電力で光変調することができる半導体電界吸収型光
変調装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の半導体電界吸収型光変調装置は、光源からの光信号
を入力される高周波信号に従って変調する半導体電界吸
収型光変調器を備えた半導体電界吸収型光変調装置にお
いて、上記入力される高周波信号を、上記高周波信号を
伝送する伝送線路の特性インピーダンスから、上記特性
インピーダンスよりも高い所定の終端インピーダンスに
インピーダンス変換して上記半導体電界吸収型光変調器
の入力端に出力するインピーダンス変換回路と、上記半
導体電界吸収型光変調器の入力端に接続され、上記終端
インピーダンスを有する終端抵抗とを備えたことを特徴
とする。

【００１０】また、請求項２記載の半導体電界吸収型光
変調装置は、請求項１記載の半導体電界吸収型光変調装
置において、上記インピーダンス変換回路は、上記イン
ピーダンス変換回路の入力端子と出力端子との間に接続
され、所定の電気長を有する伝送線路と、上記インピー
ダンス変換回路の入力端子と接地との間に接続されたシ
ャントキャパシタンスとを備えたことを特徴とする。

【００１１】さらに、請求項３記載の半導体電界吸収型
光変調装置は、請求項１又は２記載の半導体電界吸収型
光変調装置において、上記半導体電界吸収型光変調装置
は、半導体製造プロセスによりモノリシック化された半
導体装置であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。＜本実施形態の特徴＞図１は、本発明に係る一実施形態
である半導体電界吸収型光変調装置のブロック図であ
る。この半導体電界吸収型光変調装置は、レーザダイオ
ードなどの光源からの光信号を入力される高周波信号に
従って変調する半導体電界吸収型光変調器２０を備えた
半導体電界吸収型光変調装置において、入力される高周
波信号を、上記高周波信号を伝送する伝送線路の特性イ
ンピーダンスＺ₀＝Ｚ_inから所定の終端インピーダンス
Ｚ_out＝Ｒ_Lにインピーダンス変換して上記半導体電界吸
収型光変調器２０の入力端に出力するインピーダンス変
換回路１０と、上記半導体電界吸収型光変調器２０の入
力端に接続され、終端インピーダンスＲ_Lを有する終端
抵抗Ｒ_Lとを備えたことを特徴とする。

【００１３】＜発明の経緯＞従来までの光変調器はベー
スバンド伝送を中心に開発されてきたために、直流から
の帯域が重視された設計が行われていた。従って、第１
の従来例の図３に示すように、一般には光変調器１６と
並列に５０Ωの終端抵抗Ｒ_Lを接続して、それを５０Ω
の出力インピーダンスを有する高周波増幅器３により駆
動していた。しかしながら、ミリ波を光ファイバケーブ
ルを用いて伝送するサブキャリア通信システムの場合に
は、特定のミリ波の周波数で数ＧＨｚの帯域で高い特性
を得ることができればよい。基本的には、光変調器は電
圧で駆動されるため、現状の接続方法では高周波増幅器
３からの高周波電力は大部分が５０Ωの終端抵抗Ｒ_Lで
消費されており、そこで、インピーダンス変換を行って
駆動インピーダンスを高くする。すなわち電圧振幅を大
きくすることにより変調効率を改善することができる。
サブキャリア伝送を用いているために実現できることで
あり、従来はこのような方法はほとんど考えられていな
かった。

【００１４】１００ＭＨｚ程度の低い周波数で図９に示
す第２の従来例のマッハ・ツェンダー型光変調器１７を
用いてこのようなインピーダンス変換の考え方を利用し
た従来技術文献１が存在するが、マッハ・ツェンダー型
光変調器を用いた場合には数ＧＨｚ以上では進行波型に
する必要性がある。図９において、伝送線路１８は、マ
ッハ・ツェンダー型光変調器１７に内部の伝送線路であ
る。その場合において、以下の２通りの改善方法が考え
られる。

【００１５】１つは、内部の伝送線路１８の特性インピ
ーダンスＺ₀と終端抵抗Ｒ_Lを高くして、その光変調器１
７の入力インピーダンスに一致するようにインピーダン
ス変換を行うことである。しかしながら、実際には伝送
線路１８の損失の観点より、特性インピーダンスＺ₀は
２００Ω程度が限界であり、その場合の伝送する信号の
入出力電力比の改善量は６ｄＢ程度である。２つ目は伝
送線路１８の特性インピーダンスＺ₀は５０Ωにしたま
ま終端抵抗Ｒ_Lと高周波増幅器３の駆動インピーダンス
を高くする方法である。しかしながら、この方法でも電
極の抵抗損失により数ＧＨｚ以上ではあまり大きな改善
を得ることは困難であり、５ＧＨｚ程度で実験を行った
場合でも２ｄＢ程度の改善しか得ることができなかっ
た。

【００１６】本発明では、近年盛んに研究されている半
導体電界吸収型光変調器２０にこのようなインピーダン
ス整合回路１０を付加することにより非常に高い改善を
行うことが可能であることが詳細後述するシミュレーシ
ョンより判明した。

【００１７】＜半導体電界吸収型光変調装置＞図１を参
照して、本発明に係る一実施形態である半導体電界吸収
型光変調装置の構成及び動作について説明する。

【００１８】図１において、ディジタルデータ信号に従
って変調された高周波信号は、特性インピーダンスＺ₀
を有する伝送線路を介して高周波増幅器３に入力され
る。高周波増幅器３は、互いに等しくかつ接続される伝
送線路の特性インピーダンスと等しい入力インピーダン
スＺ₀と出力インピーダンスＺ₀を有し、入力される高周
波信号を増幅した後、入力端子Ｔ１を介してインピーダ
ンス整合回路１０に出力する。インピーダンス変換回路
１０は、入力インピーダンスＺ_inと出力インピーダンス
Ｚ_outを有し、上記インピーダンス変換回路１０の入力
端子と出力端子との間に接続されかつ好ましくは特性イ
ンピーダンスＺ₀＝２１．３Ωと所定の電気長を有する
伝送線路１５と、インピーダンス変換回路１０の入力端
子と接地との間に接続されたシャントキャパシタンス
（分路キャパシタンスともいう。）Ｃｓとから構成さ
れ、入力される高周波信号を、上記高周波信号を伝送す
る伝送線路の特性インピーダンスＺ₀＝Ｚ_in（好ましく
は、５０Ω）から、Ｚ_inよりも高い所定の終端インピー
ダンスＺ_out＝Ｒ_L（好ましくは、５０００Ω）にインピ
ーダンス変換して半導体電界吸収型光変調器２０の入力
端に出力する。

【００１９】特性インピーダンスＺ₀＝Ｚ_in（好ましく
は、５０Ω）に比較して、終端インピーダンスＺ_out＝
Ｒ_L（好ましくは、５０００Ω）を高くすることによ
り、電圧振幅が大きくなり、電界で駆動される光変調器
２０の変調効率を高くすることができる。この効果によ
り、詳細後述する光ファイバリンクシステムの光ファイ
バケーブル５を通って光電変換器６における出力電力は
（Ｚ₀／Ｚ_out）²となる。

【００２０】ここで、半導体電界吸収型光変調器２０の
入力端は、終端抵抗Ｒ_Lを介して直流バイアス印加端子
Ｔ２に接続され、当該端子Ｔ２は、高周波バイパス用キ
ャパシタンスＣｂを介して接地される。ここで、終端抵
抗Ｒ_Lは、高周波的には、光変調器２０の入力端子と接
地との間に接続されていることになる。また、半導体電
界吸収型光変調器２０の等価回路は、図１に示すよう
に、ボンディングワイヤの等価インダクタンスＬｗと接
合容量Ｃｊとの直列回路で構成される。

【００２１】以上のように構成された光変調装置におい
て、高周波増幅器３の出力端において、高周波増幅器３
の出力インピーダンスＺ₀とインピーダンス整合回路１
０の入力インピーダンスＺ_inは等しく設定されるととも
に、インピーダンス整合回路１０の出力インピーダンス
Ｚ_outと、光変調器２０の入力端の入力インピーダンス
Ｚ_inaとは等しく設定される。従って、高周波信号を高
周波増幅器３から光変調器２０に、最大効率で伝送する
ことができ、浪費される電力を最小することができる。

【００２２】以上の実施形態において、インピーダンス
整合回路１０は、伝送線路１５とシャントキャパシタン
スＣ_sとから構成されているが、本発明はこれに限ら
ず、図示してしないが、以下に示すような種々のインピ
ーダンス整合回路を用いてもよい。（ａ）第１の入力端子と第１の出力端子との間に、キャ
パシタンスと伝送線路との直列回路を接続した回路、
（ｂ）第１の入力端子と第１の出力端子との間に、イン
ダクタンスと伝送線路との直列回路を接続した回路、
（ｃ）図１のシャントキャパシタンスＣｓに代えてイン
ダクタンスを用いた回路、（ｄ）第１の入力端子と第１
の出力端子との間に、例えば特性インダクタンスＺ₀＝
２００Ωの伝送線路のみを接続した回路。

【００２３】図２は図１の半導体電界吸収型光変調装置
の斜視図であり、図３はその平面図であり、図４は図３
のＡ−Ａ’線についての縦断面図であり、図５は図３の
Ｂ−Ｂ’線についての縦断面図である。以下、図２乃至
図５を参照して実際の構成及び製造方法について説明す
る。なお、図２乃至図５において、高周波増幅器３は図
示していない。

【００２４】図２乃至図５において、裏面全面に接地導
体３１が形成されたＩｎＰ半絶縁性半導体基板３０上
に、インピーダンス変換回路１０と終端抵抗Ｒ_Lと半導
体電界吸収型光変調器２０とが形成される。インピーダ
ンス変換回路１０において、伝送線路１５は所定の幅と
長さを有するマイクロストリップ導体の電極７２で形成
され、シャントキャパシタンスＣｓは例えばＳｉＯ₂に
てなる絶縁膜８１を挟設する電極７１と７２とで構成さ
れたＭＩＭキャパシタにてなる。ここで、電極７１は、
半導体基板３０を厚さ方向に貫通するスルーホール９１
の内周面に形成されたスルーホール導体９１ａを介して
接地導体３１に接続されて接地される。

【００２５】高周波バイパス用キャパシタンスＣｂは、
例えばＳｉＯ₂にてなる絶縁膜８２を挟設する電極７３
と７４とで構成されたＭＩＭキャパシタにてなり、電極
７４は、スルーホール導体９１ａを介して接地導体３１
に接続されて接地される。また、半導体基板３０上に、
端子Ｔ２と電極７２との間に接続される終端抵抗Ｒ_Ｌが
形成される。

【００２６】半導体電界吸収型光変調器２０において
は、半導体基板３０上に、Ｓｉが不純物として例えば２
×１０^１８乃至５×１０¹⁸／ｃｍ³で注入されたｎ＋型
ＩｎＡｌＡｓにてなり厚さ１００乃至５００Åのｎ型半
導体層３２が分子線エピタキシャル法で形成された後、
厚さ８６Åのｉ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層と厚さ５０Åのｉ
型ＩｎＡｌＡｓ層が交互に３０周期だけ繰り返し積層さ
れてなる超格子層３３が分子線エピタキシャル法で形成
される。次いで、Ｂｅが不純物として例えば２×１０¹⁸
乃至５×１０¹⁸／ｃｍ³で注入されたｐ＋型ＩｎＡｌＡ
ｓにてなり厚さ１００乃至５００Åのｎ型半導体層３４
が分子線エピタキシャル法で形成され、さらに、Ａｕ／
ＡｕＭｎ合金にてなるオーミック電極３５が形成された
後、電極７５が形成される。一方、電極７２側では、ｎ
型半導体層３２上にＡｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ合金にてなる
オーミック電極３７が形成された後、電極７２が形成さ
れる。また、電極７３側では、ｎ型半導体層３２上にＡ
ｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ合金にてなるオーミック電極３６が
形成された後、電極７３が形成される。さらに、電極７
５は、半導体基板３０を厚さ方向に貫通するスルーホー
ル９２の内周面に形成されたスルーホール導体９２ａを
介して接地導体３１に接続されて接地される。

【００２７】レーザダイオードなどの光源からの光信号
は一方の側の超格子層３３から入射して、対向する他方
の側の超格子層３３から出射して光ファイバケーブルに
入力される。一方、高周波信号は入力端子Ｔ１を介して
入力され、インダクタンス変換回路１０の伝送線路１５
の電極７２及び、半導体電界吸収型光変調器２０のオー
ミック電極３７を介してｎ型半導体層３２と電極７５間
に印加される。

【００２８】以上のように構成された半導体電界吸収型
光変調装置においては、入射する光信号が入力される高
周波信号に従って強度変調されて出力される。この例で
は容量としてＭＩＭキャパシタを用い、伝送線路は基板
裏面にグランド面を形成して伝送線路としている。接地
への接続にはスルーホール（バイアホールともいう。）
９１，９２を用いている。また、終端抵抗Ｒ_Lはｎ型半
導体層３２のメサにより形成している。

【００２９】このように、当該装置をモノリシックで製
造することにより、光変調器２０とインピーダンス整合
回路１０が最短距離で接続できるため、伝送線路１５の
抵抗による損失が低減でき、また、インピーダンス整合
回路１０の形状が半導体プロセスで形成されるため非常
に高い精度で作成することが可能となり、歩留り等を大
幅に向上することができる。さらに、半導体基板３０上
に、モノリシックの半導体製造プロセスにより、インピ
ーダンス整合回路１０と、半導体電界吸収型光変調器２
０とを備えた半導体電界吸収型光変調装置を製造するこ
とができるので、小型・軽量である。このような光変調
装置を用いることにより、次に示すようなミリ波の光フ
ァイバリンクシステムを低コストで形成することができ
る。

【００３０】当該装置を公知の半導体製造プロセスによ
りモノリシック化された半導体装置として製造すること
ができ、以下の特有の利点を有する。（ａ）モノリシック化することにより、ボンディングワ
イヤーを使用しないので、ボンディングワイヤーの影響
がなくなり、パターンの大きさの精度を改善して量産で
きる。（ｂ）精度の高い半導体製造プロセスを用いることによ
り、インピーダンス整合回路１０を小型化することがで
きる。インピーダンス整合回路１０の小型化は、インピ
ーダンス整合回路の損失の低減につながり、変換効率の
高い特性を得ることができる。（ｃ）半導体製造プロセスにより、特にミリ波などで必
要となる非常に小さい容量を容易に形成できる。（ｄ）モノリシック化により、光変調器２０とインピー
ダンス整合回路１０とを例えばコネクタ接続した場合
は、コネクタ部のインピーダンスは５０Ωであるので、
特殊なコネクタを用いることはない。

【００３１】＜光ファイバリンクシステム＞図７は、図
１の半導体電界吸収型光変調装置を用いた光ファイバリ
ンクシステムの構成を示すブロック図であって、（ａ）
その送信部を示し、（ｂ）は受信部を示す。

【００３２】図７（ａ）の送信部において、ディジタル
データ信号は変調器１に入力され、変調器１は所定の中
間周波数を有する中間周波信号をディジタルデータ信号
に従って、例えばＰＳＫ変調方式などのディジタル変調
方式で変調し、中間周波変調信号を周波数変換器２に出
力する。周波数変換器２は、入力される中間周波変調信
号を、例えばミリ波のより高い無線周波数に周波数変換
し、変換後の高周波信号を高周波増幅器３及びインピー
ダンス整合回路１０を介して光変調器２０に出力する。
一方、光源されるレーザダイオード４からの所定の波長
を有する無変調の光信号が光変調器２０に入射される。
光変調器２０は、入射される光信号を入力される高周波
信号に従って強度変調して、変調後の光信号を、光ファ
イバケーブル５を介して、光変調器２０とは離れた無線
基地局に設けられる光電変換器６に入射される。光電変
換器６は、入力される光信号をミリ波の無線信号に光電
変換し、当該無線信号は、高周波電力増幅器７を介して
アンテナ８から放射される。

【００３３】図７（ｂ）の受信部において、送信部のア
ンテナ８から放射された無線信号は、アンテナ１１で受
信された後、受信用高周波増幅器１２と、入力信号をよ
り低い中間周波信号に変換する周波数変換器１３とを介
して復調器１４に出力する。復調器１４は入力される信
号を元のディジタルデータ信号に復調して出力する。

【００３４】

【実施例】本発明者によるシミュレーションにおいて
は、ハイブリッドで作成することを考え、やや太くて長
い伝送線路をインピーダンス整合回路１０に用いたが、
実際には１ｍｍ以下の長さで数１０μｍ程度の幅で作成
することが可能である。このように製造することによ
り、半導体電界吸収型光変調器装置の半導体基板３０上
にインピーダンス整合回路１０を作成することが可能で
あり、モノリシック化することによりミリ波のサブキャ
リア伝送に適した非常に小型で高性能な光変調器２０を
形成することが可能である。

【００３５】当該シミュレーションにおいては、半導体
電界吸収型光変調器２０は、接合容量Ｃｊとボンディン
グワイヤのインダクタンスＬｗとが直列に接続された等
価回路を有すると仮定した。接合容量Ｃｊは従来技術文
献などより４００ｆＦとし、インダクタンスＬｗは０．
５ｎＨとした。終端抵抗Ｒ_Lは、光変調器２０の入力端
の反射係数を小さくするために導入されており、シミュ
レーションでは５０００Ωとした。この抵抗値は高くす
ることにより変換効率を高くすることができるが帯域が
小さくなるためそのトレードオフで決定される。インピ
ーダンス整合回路１０はシャントキャパシタンスＣｓ
と、伝送線路１５とで構成した。今回のシミュレーショ
ンにおいては、目標周波数は４０ＧＨｚ、帯域は２００
ＭＨｚとした。その時のシャントキャパシタンスＣｓの
容量値は３．３８ｐＦであり、伝送線路１５は、厚さ２
５０μｍのＧａＡｓ半導体基板上に厚さ３μｍ、幅１ｍ
ｍ、長さ３．３８ｍｍとした。伝送線路１５の長さや幅
等はさらに小さくすることが可能である。なお、当該シ
ミュレーションにおいて、ＧａＡｓ半導体基板を用いて
いるが、ＩｎＰ半導体基板の材料定数でも同様な結果を
得ることができる。

【００３６】図６は、図１の半導体電界吸収型光変調装
置と従来例のシミュレーション結果である入出力電力比
の周波数特性を示すグラフである。このシミュレーショ
ンでは、光変調器２０で変調された信号は光ファイバケ
ーブルを通って光電変換器６である受光器に導かれ再び
高周波信号となる。受光器から出力される高周波信号は
光変調器２０での電圧振幅の２乗に比例するため、シミ
ュレーションでの特性比較には電圧振幅の２乗をデシベ
ルを用いて相対値で表示した。また、参考までに第１の
従来例において用いられていた５０Ω系での変調効率を
示す。

【００３７】例えば準ミリ波やミリ波などの高い周波数
を有する搬送波信号を、入力されるディジタルデータ信
号に従って変調した変調信号を用いて上記ディジタルデ
ータ信号を伝送するサブキャリア伝送においては、より
高い周波数において、狭帯域の変調信号を伝送すること
ができればよいので、図６において、例えば３０ＧＨｚ
又は４０ＧＨｚのピークの周波数付近を有する搬送波信
号を用いて伝送することができる。従って、サブキャリ
ア伝送の観点から見れば、図６より、例えば、４０ＧＨ
ｚでの変調効率が３０ｄＢ程度改善されていることがわ
かる。これにより３０ｄＢ分の増幅器が不要となり、形
状が小さくでき、かつ、消費電力も小さくすることがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
源からの光信号を入力される高周波信号に従って変調す
る半導体電界吸収型光変調器を備えた半導体電界吸収型
光変調装置において、上記入力される高周波信号を、上
記高周波信号を伝送する伝送線路の特性インピーダンス
から、上記特性インピーダンスよりも高い所定の終端イ
ンピーダンスにインピーダンス変換して上記半導体電界
吸収型光変調器の入力端に出力するインピーダンス変換
回路と、上記半導体電界吸収型光変調器の入力端に接続
され、上記終端インピーダンスを有する終端抵抗とを備
える。従って、上記インピーダンス変換回路を備え、イ
ンピーダンス整合を行うことができるので、従来例に比
較して改善された変調効率を有し、より小さい消費電力
で光変調することができる。また、半導体基板上に、モ
ノリシックの半導体製造プロセスにより、インピーダン
ス整合回路と、半導体電界吸収型光変調器とを備えた半
導体電界吸収型光変調装置を製造することができるの
で、小型・軽量であるという利点を有する。

【００３９】また、請求項２記載の半導体電界吸収型光
変調装置は、請求項１記載の半導体電界吸収型光変調装
置において、上記インピーダンス変換回路は、上記イン
ピーダンス変換回路の入力端子と出力端子との間に接続
され、所定の電気長を有する伝送線路と、上記インピー
ダンス変換回路の入力端子と接地との間に接続されたシ
ャントキャパシタンスとを備える。従って、より簡単な
回路を用いてインピーダンス変換回路を構成することが
でき、製造コストを低減できる。

【００４０】さらに、請求項３記載の半導体電界吸収型
光変調装置においては、請求項１又は２記載の半導体電
界吸収型光変調装置において、上記半導体電界吸収型光
変調装置は、半導体製造プロセスによりモノリシック化
された半導体装置である。従って、当該装置は、以下の
特有の効果を有する。（ａ）モノリシック化することにより、ボンディングワ
イヤーを使用しないので、ボンディングワイヤーの影響
がなくなり、パターンの大きさの精度を改善して量産で
きる。（ｂ）精度の高い半導体製造プロセスを用いることによ
り、インピーダンス整合回路を小型化することができ
る。インピーダンス整合回路の小型化は、インピーダン
ス整合回路の損失の低減につながり、変換効率の高い特
性を得ることができる。（ｃ）半導体製造プロセスにより、特にミリ波などで必
要となる非常に小さい容量を容易に形成できる。（ｄ）モノリシック化により、光変調器とインピーダン
ス整合回路とを例えばコネクタ接続した場合は、コネク
タ部のインピーダンスは５０Ωであるので、特殊なコネ
クタを用いることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態であるインピーダン
ス整合回路１０と終端抵抗Ｒ_Lと半導体電界吸収型光変
調器２０とを備えた半導体電界吸収型光変調装置のブロ
ック図である。

【図２】図１の半導体電界吸収型光変調装置の斜視図
である。

【図３】図１の半導体電界吸収型光変調装置の平面図
である。

【図４】図３の半導体電界吸収型光変調装置における
Ａ−Ａ’線についての縦断面図である。

【図５】図３の半導体電界吸収型光変調装置における
Ｂ−Ｂ’線についての縦断面図である。

【図６】図１の半導体電界吸収型光変調装置と従来例
のシミュレーション結果である入出力電力比の周波数特
性を示すグラフである。

【図７】図１の半導体電界吸収型光変調装置を用いた
光ファイバリンクシステムの構成を示すブロック図であ
って、（ａ）その送信部を示し、（ｂ）は受信部を示
す。

【図８】第１の従来例の光変調装置を示すブロック図
である。

【図９】第２の従来例の光変調装置を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１…変調器、２…周波数変換器、３…高周波増幅器、４…レーザダイオード、５…光ファイバケーブル、６…光電変換器、７…高周波電力増幅器、８…アンテナ、１０…インピーダンス整合回路、１１…アンテナ、１２…高周波増幅器、１３…周波数変換器、１４…復調器、１５…伝送線路、２０…電界吸収型光変調器、Ｔ１…入力端子、Ｔ２…直流バイアス印加端子、Ｃｓ…シャントキャパシタンス、Ｒ_L…終端抵抗、Ｃｂ…高周波バイパス用キャパシタンス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井伸明京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所内 (72)発明者小川英一京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光信号を入力される高周波信
号に従って変調する半導体電界吸収型光変調器を備えた
半導体電界吸収型光変調装置において、上記入力される高周波信号を、上記高周波信号を伝送す
る伝送線路の特性インピーダンスから、上記特性インピ
ーダンスよりも高い所定の終端インピーダンスにインピ
ーダンス変換して上記半導体電界吸収型光変調器の入力
端に出力するインピーダンス変換回路と、上記半導体電界吸収型光変調器の入力端に接続され、上
記終端インピーダンスを有する終端抵抗とを備えたこと
を特徴とする半導体電界吸収型光変調装置。
【請求項２】上記インピーダンス変換回路は、上記インピーダンス変換回路の入力端子と出力端子との
間に接続され、所定の電気長を有する伝送線路と、上記インピーダンス変換回路の入力端子と接地との間に
接続されたシャントキャパシタンスとを備えたことを特
徴とする請求項１記載の半導体電界吸収型光変調装置。
【請求項３】上記半導体電界吸収型光変調装置は、半
導体製造プロセスによりモノリシック化された半導体装
置であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体
電界吸収型光変調装置。